Perché il calore uccide le cellule?

Se la temperatura sale al di sopra di una certa soglia, la gabbia collassa e muore. Una delle spiegazioni più semplici di questa mancanza di resistenza al calore consiste nel fatto che le proteine necessarie per la vita, quelli che estraggono l'energia dal cibo o la luce del sole, alle prese con вторженцами, consumano rifiuti e così via — hanno spesso incredibilmente esatta forma. Iniziano con lunghe catene, poi si piegano in una spirale e altre configurazioni, dettate dalla consistenza dei loro componenti. Queste forme svolgono un ruolo importante in quello che fanno. Ma quando tutto comincia a scaldarsi, comunicazione, supporto della struttura delle proteine, vengono distrutti: in primo luogo i più deboli, e poi, quando la temperatura sale, e forti. Ovviamente, la distruzione della struttura della proteina deve essere fatale, ma fino a poco tempo, i dettagli esatti di come o perché questo uccide surriscaldati cellule, erano sconosciuti.

Ed ecco biofisica del Politecnico e dell'università di Zurigo, in Svizzera, hanno studiato il comportamento di ogni proteina in celle di quattro diversi organismi per aumentare il calore. Questo studio e la sua ricchezza di dati sfondo, recentemente pubblicato su Science, ha dimostrato che quando la temperatura della morte delle cellule — che si tratti di una cella di una persona o di una cellula di e. coli — si decompongono solo un paio di proteine essenziali. Inoltre, l'abbondanza di proteine in una gabbia, a quanto pare, mostra intrigante legame con la stabilità proteica. Questi studi suggeriscono un'occhiata a le regole di base che determinano l'ordine e il disordine delle proteine — le regole che, secondo i ricercatori, avrà delle conseguenze che vanno ben al di là della semplice morte delle cellule.

Paola Пикотти, biofisico, che ha guidato la ricerca, ha spiegato che questi esperimenti sono usciti dal vecchio, la terza domanda: perché alcune cellule sopravvivono a temperature elevate, mentre altri muoiono. Il batterio Thermus thermophilus felicemente vive nelle sorgenti calde e anche di elettrodomestici caldaie, mentre E. coli si rompe già a 40 gradi Celsius. Ci sono forti evidenze a favore del fatto che importanti differenze nella stabilità di proteine ogni corpo. Ma studiare il comportamento di proteine, quando si è ancora in una cellula vivente, — è il modo perfetto per capire, e questo è molto difficile. Selezione di proteine in vitro dà solo risposte parziali, perché all'interno del corpo le proteine si uniscono insieme, modificando la chimica vicenda o tenendo l'altro nella forma desiderata. Per capire che si rompe e perché, c'è bisogno di studiare le proteine, mentre si influenzano a vicenda.

Per risolvere questo problema, il team di scienziati ha sviluppato un persistente flusso di lavoro automatico, in cui si condividono celle aperte e riscaldato il loro contenuto in diverse fasi, rilasciando tagliando proteine enzimi in una miscela di fasi. Questi enzimi sono particolarmente buoni durante il taglio distribuiti proteine, per cui i ricercatori sono riusciti a determinare a quale temperatura ha negato ogni frammento di proteine. In questo modo, essi raffigurano неразвернутую, o денатурирующую, una curva per ogni migliaia di studio di loro proteine, mostrando come questi archi passano da intatte le strutture con i comfort temperature in uno stato di decadimento con l'aumento della temperatura. Per vedere come queste curve variano tra le specie, gli scienziati hanno scelto quattro tipi umani, E. coli, T. thermophilus e il lievito.

«Questo è un ottimo caso di studio», dice Allan Drummond, un biologo dell'università di Chicago, segnando la scala e la delicatezza del processo.

Uno dei più evidenti osservazioni consisteva nel fatto che ogni specie di scoiattoli non si è massicciamente con l'aumentare della temperatura. Invece i primi коллапсировали proteine sono un sottoinsieme più piccolo, dice Пикотти, e di questo sono importanti le proteine. Spesso queste proteine sono stati strettamente collegati, cioè hanno influenzato molti processi in gabbia. «Senza di loro, la cellula non può funzionare — dice Пикотти. — Quando se ne vanno, può crollare tutta la rete». E, ovviamente, la vita delle cellule.

Questo paradosso — che alcune delle più importanti proteine sono i più delicati — può riflettere, come l'evoluzione ha modellato il loro per il loro lavoro. Se hai un sacco di proteine di ruolo, si può ottenere il beneficio di instabilità, essendo mobile a фолдингу e анфолдингу, cioè alla coagulazione e la distribuzione, perché questo gli permetterà di prendere molte forme diverse a seconda dello scopo. Molti di importanti proteine hanno una maggiore flessibilità, che li rende più instabili, ma flessibile e in grado di comunicare con i diversi target di molecole in una gabbia, spiega Пикотти. Circa così sono in grado di svolgere le sue funzioni è una sorta di compromesso.

Dopo un attento esame di E. coli, i cui dati sono stati più pulito, gli scienziati hanno anche scoperto la relazione tra l'abbondanza di proteine — numero di copie del suo galleggia intorno alla cellula e la sua stabilità. Più copie rende cella, maggiore è il calore necessario per rompere le proteine. Vale anche la pena notare, che l'abbondanza non sempre correla con vitale importanza: alcuni rari proteine sono importanti. Questa relazione tra l'abbondanza e la resistenza è stata presentata Драммондом a livello di idee ancora dieci anni fa, quando ha messo in discussione la tendenza delle cellule della macchina fare errori casuali. L'errore di solito destabilizza proteine. Se questa proteina distribuito e prodotto centinaia o migliaia in gabbia ogni giorno, allora correttamente le copie distribuite in grandi quantità potrebbe essere fatale per le cellule. Il corpo sarebbe stato tra l'altro di creare versioni normali di proteine con maggiore stabilità, e il comando dati Пикотти èriflettono.

Per esplorare, quali sono le qualità che forniscono proteine di calore resistente, gli scienziati hanno confrontato i dati con E. coli e T. thermophilus. Proteine E. coli cominciano a disintegrarsi a 40 gradi Celsius e per la maggior parte si disintegrano a 70 gradi. Ma a questa temperatura proteine T. termophilus appena diventa scomodo: alcuni di essi conservano la loro forma a 90 gradi Celsius. Gli scienziati hanno scoperto che le proteine T. termophilus, di solito brevi, e alcuni tipi di moduli e componenti appaiono più spesso in più stabili proteine.

Questi risultati possono aiutare i ricercatori a sviluppare le proteine con la resistenza, con attenzione personalizzata alle loro esigenze. In molti processi industriali, che comprendono i batteri, l'aumento della temperatura aumenta il raccolto — ma finché i batteri non muoiono di calore. Sarebbe interessante sapere se siamo in grado di stabilizzare i batteri, creando diverse proteine che sono più resistenti all'aumento della temperatura, dice Пикотти.

Oltre a tutte queste osservazioni, l'abbondanza di informazioni su come si svolge ogni proteina, porta biologi in visibilio. La stabilità della proteina è un indicatore diretto di quanto probabilmente si formerà proteine assemblee: accumulo distribuiti proteine, che si attaccano a vicenda. Le assemblee, spesso sono un incubo per le cellule, possono interferire con i compiti importanti. Ad esempio, loro comunicano con alcune gravi patologie neurologiche patologie, come il morbo di Alzheimer, quando le piastrine денатурированных proteine farcito cervello.

Ma questo non significa che l'aggregazione si verifica solo nelle persone che soffrono di questa malattia. Al contrario, gli scienziati si rendono conto che questo può sempre accadere, senza evidenti fonti di stress, e che una cellula sana in grado di gestirlo.

«penso che sia sempre più riconosciuto il comune», dice Michelle Вендрусколо, biochimico presso l'Università di Cambridge. «La maggior parte delle proteine in realtà si accumulano nell'ambiente cellulare. Пиккоти ha ricevuto importanti informazioni sull'intervallo di tempo in cui una certa proteina risiede nello stato non distribuito. Questo periodo determina il grado con cui si accumula».

Alcune proteine quasi mai ambientato e non si accumulano, altri lo fanno in determinate condizioni, altri ancora lo fanno sempre. Maggiori informazioni nel nuovo lavoro facilita lo studio delle differenze tra, perché sono generalmente ci sono e cosa significano. Alcune curve денатурирования anche dimostrano i modelli, il che suggerisce che le proteine si accumulano dopo la distribuzione.

Anche se molti studiosi interessati in assemblee a causa dei danni che essi causano, gli altri pensano di questo fenomeno in modo diverso. Drummond dice che è diventato evidente che alcune unità sono non solo i sacchetti con i rifiuti galleggianti gabbia; piuttosto, essi contengono principi attivi proteine, che continuano a fare il loro lavoro.

Immaginate che si vede da lontano il fumo prodotto da costruzione. Tutto intorno a lui è di forma che sta assumendo per il corpo, attratti dalla macerie. Ma se avvicinarsi, si potrebbe scoprire che si tratta di un live di persone che sono scappate da un edificio in fiamme e in attesa di un'ambulanza. Circa questo accade durante lo studio delle assemblee, dice Drummond: scienziati scoprono che invece di essere vittime, proteine in assemblee anche a volte possono essere sopravvissuti. Si tratta di una potente tendenza biologia attualmente.

In generale, questo lavoro suggerisce che le proteine sono curioso di dinamica delle strutture. Innanzitutto, essi sono simili a macchine rigide, lavorando per le attività fisse, per cui hanno bisogno di una particolare forma. Ma in realtà le proteine possono prendere forme diverse nel corso del loro normale funzionamento. In caso di necessità, le loro forme possono cambiare così radicalmente che sembrerà che muoiono, anche se in realtà sono più forti. A livello molecolare la vita può essere una costante di decadimento e l'aggiornamento.